兆瓦级永磁直驱无传感器风力发电系统仿真

研究永磁发电机优化控制保障可靠性问题,永磁直驱风力发电系统中,测速码盘容易受到干扰易出故障.采用双向PWM变换器结构,根据永磁同步电机的数学模型,为了克服传统发电效率低的问题,提出了一种基于滑模观测器的无速度传感器策略,对兆瓦级永磁同步发电机的速度和相位进行观测,并对该发电系统机侧变换器采用转子磁链定向矢量变换控制技术,网侧变换器采用电压电流双闭环控制策略,最后运用MATLAB平台对上述模型进行仿真,结果表明控制策略能独立控制PMSG的有功和无功电流,具有良好性能,可为设计提供依据.     

基于Hamilton理论的可逆冷带轧机速度张力系统无张力计控制

基于反馈耗散Hamilton理论研究了可逆冷带轧机速度张力系统的无张力计控制问题. 首先,对系统速度张力外环(主轧机速度环和左、右卷取机张力控制环)进行预反馈控制, 并采用反馈耗散Hamilton理论完成了速度张力外环控制器的设计. 其次, 为了实现系统的无张力计控制及对摄动参数的自适应估计, 基于"扩张系统+反馈"方法完成了系统速度张力外环自适应状态观测器的设计. 再次, 为了实现可逆冷带轧机主轧机速度和左、右卷取机张力间的协调控制及对外扰不确定项的干扰抑制, 基于backstepping方法完成了系统电流内环鲁棒控制器的设计. 理论分析表明, 所提出的控制方法能够保证闭环系统的鲁棒稳定性. 最后, 基于某1422mm可逆冷带轧机速度张力系统的实际数据进行仿真, 并同串级PI控制方法相比较, 结果验证了本文所提方法的有效性.     

无速度传感器永磁同步电动机反推控制

利用永磁同步电动机定子交轴电流和转速方程构造降维线性Luenberger观测器来获得电动机的转速,观测器简单易行,通过特征值的配置可以获得快速的收敛速度.采用新颖的非线性控制策略———Backstepping———来设计速度跟踪和电流控制器,系统具有快速的速度跟踪和转矩响应.给出了系统的稳定性证明,并通过Matlab仿真,验证了系统设计的有效性和可行性.     

永磁同步电机无速度传感器控制

随着电控技术的不断进步,永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM）在工业各领域应用广泛,尤其是在新能源领域。在PMSM的传动系统中,通常要在PMSM运行的情况下精确测得电机转子电角度,用于电流从静止坐标系与旋转坐标系之间的转换。大多数传动控制装置采用速度传感器或位置传感器来检测转子速度或位置信息。由于大部分传感器均会受到温度等外界环境的影响,使电机控制系统的稳定性出现波动。文章针对永磁同步电机的工作原理,运用空间矢量控制策略搭建双闭环永磁同步电机控制系统,其中,在反馈检测部分设计一种滑模观测器来实现对永磁同步电机的无速度传感器控制。通过仿真验证了该无速度传感器控制法是可行的。     

基于自适应观测器的无速度传感器感应电机控制

针对采用极点配置的自适应速度观测器存在不稳定区域的问题,建立了全阶自适应状态观测器并给出了观测器的速度辨识律.应用Lyapunov稳定性理论,观测器的增益借助于MATLAB LMI工具箱求解两个双线性矩阵不等式得到.在MATLAB 6.5/SIMULINK环境下,建立了无速度传感器感应电机直接转矩控制的仿真实验平台,给出了无速度传感器直接转矩控制的仿真结果.仿真结果表明本文给出的自适应观测器在全速范围内具有很好的稳态性能,并具有很好的鲁棒性.同时,在以TMS320F240为核心的感应电机直接转矩控制系统上进行了速度辨识实验,实验结果验证了方案的有效性.     

永磁同步电动机无速度传感器矢量调速系统的积分反步控制

基于永磁同步电动机(PMSM)的数学模型, 设计了由积分反步控制和滑模变结构模型参考自适应系统组成的无速度传感器矢量控制系统. 其中带有积分作用的反步控制作为矢量系统的速度和电流控制器, 实现给定速度和电流的无静差跟踪; 而滑模变结构模型参考自适应方法作为速度辨识器估计电机速度, 能够快速准确的跟踪实际速度. 通过Lyapunov定理证明了所设计的速度控制器和辨识器的稳定性. 仿真结果验证了所设计的无速度传感器矢量调速系统良好的速度跟踪性能和抗扰动性能.     

永磁同步电机系统的无速度传感器研究

为了提高永磁同步电机系统的抗干扰能力,提出一种无速度传感器方法,用于速度辨识.将滑模(SM)变结构控制与模型参考自适应系统(MRAS)方法相结合,选取电机本体作为参考模型,利用逆变器输出的电压和电流,构建基于磁链方程的可调模型,利用两模型误差运用SM变结构方法辨识速度.在Matlab仿真平台对无速度传感器方法进行了分析,研究结果表明:所提出的无速度传感器方法具有较好的动静态性能,可以实现对速度的准确辨识.     

感应电机无速度传感器直接转矩控制系统研究

直接转矩控制技术以容差形式的Bang-Bang控制模式给系统的稳态运行带来了转矩脉动大、电流谐波成分重、定子磁链轨迹畸变等严重问题,大大限制了其应用领域,这一点已经成为传统直接转矩控制技术不可逾越的缺陷。本文基于模型参考自适应系统（MRAS）原理设计了一种自适应速度磁链观测器,把磁链观测和速度辨识结合在一起,将定子磁链观测值直接应用于直接转矩控制算法。运用SIMULINK中的库元件和S-function构建了感应电机无速度传感器直接转矩控制系统仿真模型,仿真波形验证了上述控制模型可行性。     

基于滑模模型参考自适应观测器的无速度传感器三相永磁同步电机模型预测转矩控制

针对三相永磁同步电机(PMSM)驱动系统,基于滑模变结构模型参考自适应(MRAS)技术,提出了一种新颖的无速度传感器模型预测转矩控制(MPTC)策略.采用滑模变结构模型参考自适应方法构造电机转速观测器,以改善速度估计精度并提高系统鲁棒性;利用模型预测转矩控制策略,以达到减小转矩和磁链纹波并提高系统控制性能的目的.仿真结果表明:就滑模MRAS观测器与MRAS观测器比较而言,基于前者的PMSM无速度传感器MPTC系统比基于后者的PMSM无速度传感器MPTC系统具有较强的鲁棒性和更好的动态性能;就MPTC与直接转矩控制(DTC)和磁场定向控制(FOC)比较而言,采用前者策略的无速度传感器电机驱动系统能够降低逆变器开关频率、减少相电流总谐波失真(THD),从而提高系统可靠性.     

定子电流串联模型无速度传感器异步电机控制

针对基于传统电压电流模型并联结构模型参考自适应的无速度传感器异步电机矢量控制系统中,电压模型因存在纯积分环节而带来的积分初始误差和直流偏移问题,提出一种基于定子电流的串联模型无速度传感器矢量控制方案.方案对传统电压模型和电流模型进行改造,消除了纯积分环节及其带来的不利影响.同时对该串联模型的结构进行了说明,并详细推导了...     

一类不确定变速风力涡轮机系统的实际跟踪控制

本文研究一类不确定变速风力涡轮机系统的实际跟踪控制问题. 与现有文献对系统不确定性和参考信号的严格限制(系统参数已知, 扰动光滑或上界已知, 参考信号二阶可导)不同, 本文允许系统参数全部未知, 扰动不必可导且上界不必已知, 参考信号仅需一阶可导, 因此传统控制设计方法无效. 为此, 本文首先给出误差系统, 将原系统的跟踪控制问题转化为误差系统的镇定控制问题. 然后, 对误差系统选择适当的李雅普诺夫函数, 将自适应动态补偿技术融入反推控制设计框架, 给出自适应状态反馈控制器显示形式. 性能分析表明该控制器保证闭环系统所有信号有界且转子转速实际跟踪到期望转速, 即在某个时刻之后到达并保持在期望转速的任意给定邻域内. 值得指出的是, 所设计的控制器仅依赖于参考信号本身而不依赖其导数, 因此降低了相关文献对参考信号可量测性的限制. 最后, 仿真实验验证理论结果的有效性.     

An improved model predictive control of low voltage ride through in a permanent magnet synchronous generator in wind turbine systems

This research investigates a wind energy conversion system based on a permanent magnet synchronous generator (PMSG). In addition, a model predictive control (MPC) is proposed for the PMSG in normal and fault conditions. The most efficient mode of the control algorithm is found for maximum power point tracking in normal conditions and fast dynamic response in fault conditions following the selection of the optimum voltage vector. This method prevents a sudden increase in the DC‐link voltage by storing the active power in the generator rotor inertia. Moreover, during the low voltage, the grid code adoption of the reactive current is injected into the grid side. The performance of the proposed control scheme is evaluated for a wind power generator using MATLAB software. The simulation results demonstrate that the proposed method can safeguard the DC‐link during the fault.     

Improved potential energy-shaping for port-controlled Hamiltonian systems

This paper investigates the asymptotical stabilization of port-controlled Hamiltonian(PCH)systems via the improved potential energy-shaping(IPES)method.First,a desired potential energy introduced by a transitive Hamiltonian function is added to the original kinetic energy to yield a desired Hamiltonian function.Second,an asymptotically stabilized controller is designed based on a new matching equation with the obtained Hamiltonian function.Finally,a numerical example is given to show the effectiveness of the proposed method.     

直驱式永磁风力发电机软并网与功率调节的控制集成

为实现直驱式永磁同步风力发电机无冲击并网与风能最大跟踪控制, 设计了一种软并网与功率调节一体化的控制集成装置. 基于广义功角特性, 提出了一种对逆变器输出功率进行直接控制, 从而实现最大风能跟踪的控制策略. 新的控制策略可使发电机的转速按所期待的动态运动, 因而具有良好的静态与动态性能. 另外, 该控制律中对电机参数具有很强的鲁棒性, 因而该控制器能适应各种不同参数的同步风力发电机, 成为同步风力发电并网与功率调节的独立装置.     

Sensorless speed control of PMSM via adaptive interconnected observer

In this article, a robust sensorless speed observer–controller scheme for a surface permanent magnet synchronous motor (PMSM) is proposed. First-of-all, following preliminary results in the framework of the induction motor that is less sensible to the position estimation error, an adaptive high gain interconnected observer is designed. It is only supplied by the electrical measurement: the motor currents and voltages. This observer estimates the rotor speed and position, the stator resistance and the load torque. A nonlinear backstepping controller is developed. The above observer is associated with this controller and the complete scheme practical stability proof is given. The overall system is tested by simulation in the framework of an industrial benchmark with a trajectory that particularly checks the motor unobservability condition. Some robustness tests have been carried out. The controller–observer scheme shows good performances in spite of the uncertainties and the unknown load torque.     

带有速度观测器的风力发电系统风能捕获控制

为了最大化捕获风能和省去安装机械传感器的花费,提出了基于直接转矩控制理论框架的速度观测器风能捕获控制策略。这个策略能有效克服系统参数变化和风速波动不确定性的影响,实现风速跟踪控制。以2 MW直驱永磁风力发电机组作为研究对象,进行了仿真实验研究。结果表明,提出的控制策略可以实现快速风速跟踪和准确地估计转速,且对于风速变化的未知干扰具有较强的鲁棒性。     

基于改进型滑模观测器的永磁同步电机无位置传感器控制

永磁同步电机无位置传感器控制技术通常使用滑模观测器观测反电动势,进而获取转子位置和速度信息.为提升滑模观测器的性能,本文设计了一种改进型自适应超螺旋滑模观测器.首先,文章在超螺旋滑模观测器结构中增加观测误差的线性项,以提高观测器的动态性能.接着,为解决观测器增益在不同速域下参数不匹配的问题,本文提出一种观测器参数自适应调整策略,提升了观测器参数鲁棒性.在此基础上,采用同步参考系滤波器滤除输出信号的高次谐波,进一步提高观测精度.最后,仿真结果表明,与传统方法相比,本文提出的方法观测性能更好,鲁棒性更强.     

Energy-based coordinated control of wind energy conversion system with DFIG

This article presents an energy-based coordinated control of machine- and grid-side converters in a wind energy conversion system (WECS) with a doubly-fed induction generator (DFIG) based on the theory of port-controlled Hamiltonian (PCH) system. Taking into account energy transmission in the dual PWM converter rather than treating rectification and inversion as separate parts, an integrated PCH model for the whole WECS was established from physical meanings. And depending on the new model, an energy-based coordinated control approach was proposed to meet the control requirements of the WECS with an additional objective which was to limit the DC-link voltage fluctuation. The approach was applied on a 2MW WECS, and compared with the energy-based respective control strategy using MATLAB/Simulink. The results show that the proposed control approach provides faster dynamic performance since the two converters operate with the knowledge of each other's operating status, and thus is able to smooth the power flow in the DC-link more effectively.